JP2018190624A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
近年、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。 In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries have been used for portable power sources such as personal computers and portable terminals, and vehicle drives such as electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HV), and plug-in hybrid vehicles (PHV). It is suitably used for power sources for automobiles.
非水電解質二次電池の普及に伴い、非水電解質二次電池には更なる高性能化が望まれている。そのため、非水電解質二次電池について種々の観点から開発が行なわれている。なかでも、非水電解質に関する開発の一例として特許文献1には、非水溶媒としてカーボネート系溶媒およびエーテル溶媒と、支持塩と、添加剤としてリチウムビス(オキサラト)ボレート(Li[B(C2O4)2])とを含有する非水電解質を用いて非水電解質二次電池を製造することが開示されている。特許文献1には、このような非水電解質を用いることにより、不可避的不純物であるナトリウム成分の混入に起因するNa[B(C2O4)2]の電極体上での析出を防止できることが記載されている。特許文献1には、これによりリチウムビス(オキサラト)ボレートの[B(C2O4)2]の分解によって負極活物質の表面に生成する被膜の量のバラつきを抑制することができ、その結果、充放電を繰り返した際の内部抵抗の増加を抑制できること、および電荷担体に由来する物質(例えば金属リチウム等の金属)の析出を抑制できることが記載されている。 With the spread of non-aqueous electrolyte secondary batteries, higher performance is desired for non-aqueous electrolyte secondary batteries. For this reason, non-aqueous electrolyte secondary batteries have been developed from various viewpoints. Among them, as an example of development related to a non-aqueous electrolyte, Patent Document 1 discloses a carbonate-based solvent and an ether solvent as a non-aqueous solvent, a supporting salt, and lithium bis (oxalato) borate (Li [B (C 2 O 4 ) manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing 2 ]). In Patent Document 1, by using such a non-aqueous electrolyte, it is possible to prevent the precipitation of Na [B (C 2 O 4 ) 2 ] on the electrode body due to mixing of a sodium component which is an inevitable impurity. Is described. In Patent Document 1, it is possible to suppress variation in the amount of the coating film formed on the surface of the negative electrode active material due to decomposition of [B (C 2 O 4 ) 2 ] of lithium bis (oxalato) borate. In addition, it is described that an increase in internal resistance when charging / discharging is repeated and that precipitation of a substance derived from a charge carrier (for example, a metal such as metallic lithium) can be suppressed.
しかしながら、本発明者が鋭意検討した結果、特許文献1に記載の技術には、電荷担体に由来する物質の析出の抑制について、改善の余地があることを見出した。また、自己放電による電圧降下について、改善の余地があることを見出した。
そこで本発明の目的は、電荷担体に由来する物質の析出が抑制されており、かつ自己放電による電圧降下が抑制された非水電解質二次電池を提供することにある。
However, as a result of intensive studies by the present inventor, it has been found that the technique described in Patent Document 1 has room for improvement with respect to suppression of precipitation of substances derived from charge carriers. We also found that there is room for improvement in voltage drop due to self-discharge.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the precipitation of substances derived from charge carriers is suppressed and the voltage drop due to self-discharge is suppressed.
ここに開示される非水電解質二次電池は、正極および負極を含む電極体と、非水電解質と、を備える。前記非水電解質は、カーボネート系溶媒と、エーテル系溶媒と、支持塩と、リチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)とを含有する。前記支持塩は、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)である。リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの前記非水電解質中の濃度は、0.8mol/L以上3mol/L以下である。リチウムビス(オキサラト)ボレートの前記非水電解質に対する重量割合は、0.2質量%以上0.4質量%以下である。リチウムビス(オキサラト)ボレートに対する前記エーテル系溶媒の質量比(エーテル系溶媒/リチウムビス(オキサラト)ボレート)は、25以上である。 The nonaqueous electrolyte secondary battery disclosed herein includes an electrode body including a positive electrode and a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte contains a carbonate solvent, an ether solvent, a supporting salt, and lithium bis (oxalato) borate (LiBOB). The supporting salt is lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI). The concentration of lithium bis (fluorosulfonyl) imide in the nonaqueous electrolyte is 0.8 mol / L or more and 3 mol / L or less. The weight ratio of lithium bis (oxalato) borate to the nonaqueous electrolyte is 0.2% by mass or more and 0.4% by mass or less. The mass ratio of the ether solvent to the lithium bis (oxalato) borate (ether solvent / lithium bis (oxalato) borate) is 25 or more.
このような構成によれば、非水電解質が極性の高いエーテル系溶媒を含有することにより、非水電解質へのNa[B(C2O4)2]の溶解性が向上し、Na[B(C2O4)2]の電極体上での析出を抑制することができる。よって、これにより電極体上に形成されるLiBOB由来の被膜を均一にすることができ、その結果、電荷担体に由来する物質(本実施形態では金属リチウム)の析出耐性を向上することができる。一方、非水溶媒がエーテル系溶媒を含有する場合には、非水溶媒の極性が高くなるため支持塩の分解が進行しやすくなる。しかしながら、支持塩として結合強度の高いLiFSIを用いることにより、非水溶媒がエーテル系溶媒を含有する場合でも支持塩の分解を進行し難くすることができる。よって、これにより自己放電による電圧降下を抑制することができる。そして、LiFSIの非水電解質中の濃度が特定範囲にあり、LiBOBの非水電解質に対する質量割合が特定範囲にあり、かつLiBOBに対するエーテル系溶媒の質量比が特定範囲にあることにより、電荷担体に由来する物質の析出の抑制と、自己放電による電圧降下の抑制とを両立させることができる。 According to such a configuration, when the nonaqueous electrolyte contains a highly polar ether solvent, the solubility of Na [B (C 2 O 4 ) 2 ] in the nonaqueous electrolyte is improved, and Na [B Precipitation of (C 2 O 4 ) 2 ] on the electrode body can be suppressed. Accordingly, the LiBOB-derived film formed on the electrode body can be made uniform, and as a result, the deposition resistance of the substance derived from the charge carrier (metallic lithium in this embodiment) can be improved. On the other hand, when the non-aqueous solvent contains an ether solvent, the polarity of the non-aqueous solvent increases, so that the decomposition of the supporting salt easily proceeds. However, by using LiFSI having a high bond strength as the supporting salt, it is possible to make the decomposition of the supporting salt difficult to proceed even when the non-aqueous solvent contains an ether solvent. Therefore, this can suppress a voltage drop due to self-discharge. The concentration of LiFSI in the non-aqueous electrolyte is in a specific range, the mass ratio of LiBOB to the non-aqueous electrolyte is in a specific range, and the mass ratio of the ether solvent to LiBOB is in the specific range. It is possible to achieve both suppression of the precipitation of the derived substance and suppression of the voltage drop due to self-discharge.
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(例えば、本発明を特徴付けない非水電解質二次電池の一般的な構成および製造プロセス)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that matters other than the matters specifically mentioned in this specification and necessary for the implementation of the present invention (for example, a general configuration and manufacturing process of a nonaqueous electrolyte secondary battery that does not characterize the present invention) Can be understood as a design matter of those skilled in the art based on the prior art in the field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field. Moreover, in the following drawings, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member and site | part which show | plays the same effect | action. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。以下、リチウムイオン二次電池を例にして本発明について詳細に説明する。
なお、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではなく、本発明の技術思想は、その他の電荷担体(例えばナトリウムイオン)を備える他の非水電解質二次電池(例えばナトリウムイオン二次電池)にも適用される。
In the present specification, the “secondary battery” refers to a general power storage device that can be repeatedly charged and discharged, and is a term including a so-called storage battery such as a lithium ion secondary battery and a power storage element such as an electric double layer capacitor. Hereinafter, the present invention will be described in detail by taking a lithium ion secondary battery as an example.
It should be noted that the present invention is not intended to be limited to the one described in the embodiment, and the technical idea of the present invention is that other non-aqueous electrolyte secondary batteries provided with other charge carriers (for example, sodium ions). (For example, a sodium ion secondary battery).
図1は、一実施形態に係るリチウムイオン二次電池10を模式的に示す断面図である。図2は、リチウムイオン二次電池10に用いられる電極体40の構成を示す模式図である。リチウムイオン二次電池10は、図1に示すように、電池ケース20と、電極体40(図1では、捲回電極体)とを備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a lithium ion
電池ケース20は、ケース本体21と、封口板22とを備えている。ケース本体21は、一端に矩形の開口部を有する箱形を有している。ここで、ケース本体21は、リチウムイオン二次電池10の通常の使用状態における上面に相当する一面が開口した有底直方体形状を有している。封口板22は、ケース本体21の開口を塞ぐ部材である。封口板22は凡そ矩形のプレートで構成されている。かかる封口板22がケース本体21の開口周縁に溶接されることによって、略六面体形状の電池ケース20が構成されている。電池ケース20は、例えば、軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成される。このような金属製材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等が挙げられる。なお、ここでは、矩形のケースが例示されているが、電池ケース20はかかる形状に限定されない。例えば、電池ケース20は、円筒形状のケースであってもよい。また、電池ケース20は、電極体を包む袋状の形態でもよく、いわゆるラミネートタイプの電池ケース20でもよい。
The
図1に示す例では、封口板22に外部接続用の正極端子23(外部端子)および負極端子24(外部端子)が取り付けられている。封口板22には、安全弁30と、注液口32が形成されている。安全弁30は、電池ケース20の内圧が所定レベル(例えば、設定開弁圧0.3MPa〜1.0MPa程度)以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成されている。また、図1では、非水電解質80が注入された後で、注液口32が封止材33によって封止された状態が図示されている。
In the example shown in FIG. 1, a positive electrode terminal 23 (external terminal) and a negative electrode terminal 24 (external terminal) for external connection are attached to the
電極体40は、図2に示すように、帯状の正極(正極シート50)と、帯状の負極(負極シート60)と、帯状のセパレータ(セパレータ72,74)とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
正極シート50は、帯状の正極集電箔51と、正極活物質層53とを備えている。正極集電箔51には、例えば、アルミニウム箔等を用いることができる。正極集電箔51の幅方向片側には、縁部に沿って露出部52が設けられている。図示例では、正極活物質層53は、正極集電箔51に設けられた露出部52を除いて、正極集電箔51の両面に形成されている。しかしながら、正極活物質層53は、正極集電箔51の片面のみに形成されていてもよい。
The
正極活物質層53は、典型的には正極活物質と導電材と結着剤(バインダ)等とを含む。正極活物質としては、例えば、層状構造やスピネル構造等のリチウム複合金属酸化物(例えば、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiFePO4等)を採用し得る。導電材としては、カーボンブラック(例えば、アセチレンブラックやケッチェンブラック)等の炭素材料を採用し得る。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)やポリエチレンオキサイド(PEO)等の各種のポリマー材料を採用し得る。
The positive electrode
負極シート60は、帯状の負極集電箔61と、負極活物質層63とを備えている。負極集電箔61には、例えば、銅箔等を用いることができる。負極集電箔61の幅方向片側には、縁部に沿って露出部62が設けられている。図示例では、負極活物質層63は、負極集電箔61に設けられた露出部62を除いて、負極集電箔61の両面に形成されている。しかしながら、負極活物質層63は、負極集電箔61の片面のみに形成されていてもよい。
The
負極活物質層63は、典型的には、負極活物質と結着剤と増粘剤等とを含む。負極活物質としては、例えば、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、低結晶性カーボン(ハードカーボン、ソフトカーボン)等の炭素材料を用いることができ、なかでも黒鉛を好適に採用し得る。結着剤としては、スチレンブタジエンゴム(SBR)等の各種ポリマー材料を採用し得る。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)等の各種のポリマー材料を採用し得る。
The negative electrode
セパレータ72、74としては、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる多孔性シート(フィルム)等を用いることができ、好ましくは、ポリオレフィン樹脂(例、PE、PP)からなる多孔性シートが用いられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造(例えば、PE層の両面にPP層が積層された三層構造)であってもよい。なお、セパレータ72、74には、耐熱層(HRL)が設けられていてもよい。
As the
電極体40においては、図2に示すように、正極シート50と、負極シート60と、セパレータ72,74とが順に重ねて捲回されており、捲回された電極体(捲回電極体)40は、捲回軸WLを含む一平面に沿って扁平に押し曲げられた形状を有する。負極活物質層63の幅b1は、正極活物質層53の幅a1よりも少し広い。さらにセパレータ72、74の幅c1、c2は、負極活物質層63の幅b1よりも少し広い(c1、c2>b1>a1)。図2に示す例では、正極集電箔51の露出部52と負極集電箔61の露出部62とは、それぞれセパレータ72、74の両側において、らせん状に露出している。本実施形態では、図1に示すように、電極体40は、セパレータ72、74からはみ出た正負の露出部52、62の中間部分が寄せ集められ、電池ケース20の内部に配置された正負の内部端子23、24の先端部23a、24aに溶接されている。
なお、本実施形態では、電極体40は捲回電極体として構成されているが、積層型電極体として構成してもよい。
In the
In the present embodiment, the
なお通常、不可避的不純物として、リチウムイオン二次電池10中に、特に正極シート50および負極シート60との少なくとも一方に、ナトリウム成分が含有されている。ナトリウム(Na)成分は、ナトリウム単独(典型的にはイオンの状態)で存在している場合と、構成元素としてNaを含む化合物として存在している場合とがある。
Normally, a sodium component is contained in the lithium ion
図1に示す形態では、捲回軸WLを含む一平面に沿って扁平な捲回電極体40が電池ケース20に収容されている。電池ケース20には、さらに非水電解質80が収容されている。非水電解質80は、捲回軸WL(図2参照)の軸方向の両側から電極体40の内部に浸入する。なお、図1は、電池ケース20内に注入される非水電解質80の量を厳密に示すものではない。
In the form shown in FIG. 1, a flat
非水電解質80は、非水溶媒として、カーボネート系溶媒と、エーテル系溶媒とを含有する。
カーボネート系溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の非水電解質に用いられるものと同じものまたは同様のものを用いることができ、その例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、モノフルオロメチルジフルオロメチルカーボネート(F−DMC)、トリフルオロジメチルカーボネート(TFDMC)等が例示される。カーボネート系溶媒は、一種単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。
エーテル系溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の非水電解質に用いられるものと同じものまたは同様のものを用いることができ、その例としては、ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジメトキシプロパン(DMP)等の鎖状エーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテルが挙げられる。エーテル系溶媒は、一種単独でまたは二種以上を組み合わせて用いることができる。
非水電解質80が、極性の高い非水溶媒であるエーテル系溶媒を含有することにより、Na[B(C2O4)2]の非水溶媒への溶解性が高まり、Na[B(C2O4)2]の析出を抑制することができる。よって、これにより電極体上に形成されるLiBOB由来の被膜を均一にすることができ、その結果、電荷担体に由来する物質(本実施形態では金属リチウム)の析出耐性を向上することができる。
非水溶媒中のエーテル系溶媒の占める割合は、電荷担体に由来する物質(本実施形態では金属リチウム)の析出耐性が特に高いことから、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましく、40質量%以上が最も好ましい。一方、エーテル系溶媒は引火点が低いため、安全性の観点から、非水溶媒中のエーテル系溶媒の占める割合は、70質量%以下が好ましい。
非水溶媒は、本発明の効果を損なわない範囲内で、カーボネート系溶媒およびエーテル系溶媒以外の溶媒を含有していてもよい。その例としては、エステル系溶媒、ニトリル系溶媒、スルホン系溶媒、ラクトン系溶媒等の非プロトン性溶媒が挙げられる。
The
As the carbonate-based solvent, the same or similar ones used for the nonaqueous electrolyte of a general lithium ion secondary battery can be used. Examples thereof include ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC ), Diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), monofluoroethylene carbonate (MFEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), monofluoromethyl difluoromethyl carbonate (F-DMC), trifluoro Examples thereof include dimethyl carbonate (TFDMC). A carbonate type solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
The ether solvent may be the same as or similar to that used for a non-aqueous electrolyte of a general lithium ion secondary battery. Examples thereof include dimethoxyethane (DME), 1,2- Examples include chain ethers such as dimethoxypropane (DMP), and cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane. An ether solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
When the
The proportion of the ether solvent in the non-aqueous solvent is preferably 5% by mass or more, and more preferably 10% by mass or more because the precipitation resistance of the substance derived from the charge carrier (in this embodiment, metallic lithium) is particularly high. 20% by mass or more is more preferable, and 40% by mass or more is most preferable. On the other hand, since the ether solvent has a low flash point, the proportion of the ether solvent in the non-aqueous solvent is preferably 70% by mass or less from the viewpoint of safety.
The non-aqueous solvent may contain a solvent other than the carbonate-based solvent and the ether-based solvent as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples thereof include aprotic solvents such as ester solvents, nitrile solvents, sulfone solvents, and lactone solvents.
非水電解質80は、支持塩を含有し、当該支持塩としてリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)が用いられる。非水溶媒がエーテル系溶媒を含有する場合には、非水溶媒の極性が高くなるために支持塩の分解が進行しやすくなる。しかしながら、支持塩として結合強度の高いLiFSIを用いることにより、非水溶媒がエーテル系溶媒を含有する場合でも支持塩の分解を進行し難くすることができる。よって、これにより自己放電による電圧降下を抑制することができる。
非水電解質80中のLiFSIの濃度は、0.8mol/L以上3mol/L以下である。LiFSIの濃度が0.8mol/L未満だと、支持塩不足となり、イオン伝導度が小さくなりすぎて電池特特性が低下する。一方、LiFSIの濃度が3mol/Lを超えると、支持塩の分解量が増加して、自己放電による電圧低下量が増加する。
The
The concentration of LiFSI in the
非水電解質80は、被膜形成剤として、リチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)を含有する。
LiBOBの非水電解質80に対する重量割合は、0.2質量%以上0.4質量%以下である。LiBOBの重量割合が0.2質量%未満だと、十分な量の被膜を形成することができない。一方、LiBOBの重量割合が0.4質量%を超えると、Na[B(C2O4)2]が析出し易くなり、電極体上に形成されるLiBOB由来の被膜が不均一となり、その結果、電荷担体に由来する物質(本実施形態では金属リチウム)の析出耐性が低下する。
The
The weight ratio of LiBOB to the
また、非水電解質80においては、LiBOBに対するエーテル系溶媒の質量比(エーテル系溶媒/LiBOB)が、25以上である。当該質量比が25未満だと、エーテル系溶媒によるNa[B(C2O4)2]の析出抑制効果を十分に得ることができず、電荷担体に由来する物質(本実施形態では金属リチウム)の析出耐性向上効果を十分に得ることができなくなる。
In the
このようにLiFSIの非水電解質中の濃度が特定範囲にあり、LiBOBの非水電解質に対する質量割合が特定範囲にあり、かつLiBOBに対するエーテル系溶媒の質量比が特定範囲にあることにより、電荷担体に由来する物質の析出の抑制と、自己放電による電圧降下の抑制とを両立させることができる。 Thus, the concentration of LiFSI in the non-aqueous electrolyte is in a specific range, the mass ratio of LiBOB to the non-aqueous electrolyte is in a specific range, and the mass ratio of the ether solvent to LiBOB is in the specific range. Therefore, it is possible to achieve both suppression of the precipitation of the substance derived from the above and suppression of the voltage drop due to self-discharge.
なお、非水電解質80中には、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、上述した非水溶媒、支持塩以外の成分、例えば、ビフェニル(BP)、シクロヘキシルベンゼン(CHB)等のガス発生剤;分散剤;増粘剤;等の各種添加剤を含み得る。
In the
以上のようにして構成されるリチウムイオン二次電池10は、各種用途に利用可能であり、好適な用途としては、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)等の車両に搭載される駆動用電源が挙げられる。リチウムイオン二次電池10は、典型的には複数個を直列および/または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。
The lithium ion
以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples.
<評電用電池の作製>
[電池No.1]
正極活物質粉末としてのLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(LNCM)と、導電材としてのアセチレンブラック(AB)と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、LNCM:AB:PVdF=94:3:3の質量比でNMPと混合し、正極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ15μmの長尺状のアルミニウム箔の両面に帯状に塗布して乾燥した後、プレスすることにより正極を作製した。
また、負極活物質としての球状化黒鉛(C)と、バインダとしてのスチレンブタジエンゴム(SBR)と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)とを、C:SBR:CMC=98:1:1の質量比でイオン交換水と混合して、負極活物質層形成用スラリーを調製した。このスラリーを、厚さ10μmの長尺状の銅箔の両面に帯状に塗布して乾燥した後、プレスすることにより負極を作製した。
また、2枚のセパレータシート(厚さ20μmのPP/PE/PPの三層構造の多孔質ポリオレフィンシート)を用意した。
作製した正極と負極と用意した2枚のセパレータシートとを重ね合わせ、捲回して捲回電極体を作製した。このとき、正極と負極との間にセパレータが介在するようにした。
この作製した捲回電極体を、注液口を有する角型の電池ケースに収容した。
続いて、電池ケースの注液口から非水電解質を注入し、当該注液口を気密に封止してNo.1のリチウムイオン二次電池(電池容量:5Ah)を作製した。
なお、非水電解質には、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、およびジメトキシエタン(DME)を、EC:DMC:EMC:DME=35:33:27:5の質量比で含有する非水溶媒に、添加剤としてのリチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)を非水電解質に対する重量割合が0.2質量%となるように、また、支持塩としてのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)を非水電解質中の濃度が1.0mol/Lとなるように添加したものを用いた。
<Production of battery for evaluation>
[Battery No. 1]
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 (LNCM) as a positive electrode active material powder, acetylene black (AB) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are LNCM: AB: PVdF = 94: 3: 3 was mixed with NMP to prepare a positive electrode active material layer forming slurry. The slurry was applied in a strip shape on both sides of a long aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then pressed to prepare a positive electrode.
Further, spheroidized graphite (C) as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, C: SBR: CMC = 98: 1: 1 The negative electrode active material layer forming slurry was prepared by mixing with ion exchange water at a mass ratio of The slurry was applied in a strip shape on both sides of a long copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and then pressed to prepare a negative electrode.
In addition, two separator sheets (PP / PE / PP three-layer porous polyolefin sheet having a thickness of 20 μm) were prepared.
The produced positive electrode and negative electrode and two prepared separator sheets were superposed and wound to produce a wound electrode body. At this time, a separator was interposed between the positive electrode and the negative electrode.
The produced wound electrode body was accommodated in a rectangular battery case having a liquid inlet.
Subsequently, a non-aqueous electrolyte was injected from the injection port of the battery case, and the injection port was hermetically sealed. 1 lithium ion secondary battery (battery capacity: 5 Ah) was produced.
The nonaqueous electrolyte includes ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethoxyethane (DME), and EC: DMC: EMC: DME = 35: 33: 27: 5. The lithium bis (oxalato) borate (LiBOB) as an additive is added to the non-aqueous solvent contained at a mass ratio of 0.2% by mass with respect to the non-aqueous electrolyte, and the lithium bis (supporting salt) as a supporting salt. What added (fluoro sulfonyl) imide (LiFSI) so that the density | concentration in a non-aqueous electrolyte might be 1.0 mol / L was used.
[電池No.2〜No.11]
非水電解質の組成を、表1に示すように変更した以外は、電池No.1と同様にして、No.2〜No.11のリチウムイオン二次電池を作製した。なお、No.9およびNo.10では、支持塩として、LiFSIに代えてLiPF6を用いた。
[Battery No. 2-No. 11]
Except for changing the composition of the non-aqueous electrolyte as shown in Table 1, the battery No. In the same manner as in No. 1, 2-No. 11 lithium ion secondary batteries were produced. In addition, No. 9 and no. In No. 10, LiPF 6 was used instead of LiFSI as the supporting salt.
<電池の評価>
[限界析出耐性]
上記作製したNo.1〜No.11のリチウムイオン二次電池に初期充電を施した後、25℃の環境下に置き、SOC50%の充電状態に調整した。そして所定の電流値で定電流(CC)充電を500秒間行った。その後、各リチウムイオン二次電池を解体し、負極上での金属リチウムの析出の有無を確認した。負極上での金属リチウムの析出が確認されなかった電流値のうち、最大の電流値(C)を求めた。結果を表1に示す。
<Battery evaluation>
[Limited precipitation resistance]
No. produced above. 1-No. 11 lithium ion secondary batteries were initially charged and then placed in an environment of 25 ° C. to adjust the SOC to 50%. Then, constant current (CC) charging was performed for 500 seconds at a predetermined current value. Then, each lithium ion secondary battery was disassembled, and the presence or absence of deposition of metallic lithium on the negative electrode was confirmed. The maximum current value (C) was calculated | required among the electric current values by which the precipitation of metallic lithium on a negative electrode was not confirmed. The results are shown in Table 1.
[電圧低下量]
上記作製したNo.1〜No.11のリチウムイオン二次電池に初期充電を施した。25℃の環境下に置き、3.0Vになるまで定電流(CC)放電した。その後24時間放置して自己放電させ、このときの電圧低下量を測定した。結果を表1に示す。
[Voltage drop]
No. produced above. 1-No. Eleven lithium ion secondary batteries were initially charged. It was placed in an environment of 25 ° C., and was discharged at a constant current (CC) until it reached 3.0V. Thereafter, it was left to stand for 24 hours for self-discharge, and the voltage drop at this time was measured. The results are shown in Table 1.
表1より、本実施形態に係る非水電解質二次電池に該当するNo.1〜No.7のリチウムイオン二次電池は、限界析出耐性が高く(35C以上の電流値)、かつ自己放電時の電圧低下量が小さい(0.050V以下の電圧低下量)ことがわかる。また、No.1〜No.4のリチウムイオン二次電池の比較より、エーテル系溶媒の添加量を増加させるにつれ、限界析出耐性がより高くなることがわかる。
一方、No.1のリチウムイオン二次電池とNo.8のリチウムイオン二次電池との比較より、非水溶媒がエーテル系溶媒を含まず、また支持塩がLiPF6である従来の一般的な非水電解質を用いた場合には、限界析出耐性が低いことがわかる。
No.4のリチウムイオン二次電池とNo.9のリチウムイオン二次電池との比較より、支持塩がLiPF6である非水電解質にエーテル系溶媒を含有させると、限界析出耐性が高いものの、支持塩の分解量が多いため、自己放電による電圧低下量が非常に大きいことがわかる。
No.4のリチウムイオン二次電池とNo.10のリチウムイオン二次電池との比較より、LiBOBの添加量が多すぎるとNa[B(C2O4)2]が析出し、その結果、限界析出耐性が低くなることがわかる。
No.4〜No.7のリチウムイオン二次電池とNo.11のリチウムイオン二次電池との比較より、LiFSIの濃度が高すぎると、支持塩の分解量が多いため、自己放電による電圧低下量が大きくなることがわかる。
From Table 1, No. corresponding to the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment. 1-No. It can be seen that the lithium ion secondary battery of No. 7 has high limit precipitation resistance (current value of 35 C or more) and a small voltage drop amount during self-discharge (voltage drop amount of 0.050 V or less). No. 1-No. From the comparison of the lithium ion secondary battery of No. 4, it can be seen that the limit precipitation resistance becomes higher as the addition amount of the ether solvent is increased.
On the other hand, no. No. 1 lithium ion secondary battery and No. 1 In comparison with the lithium ion secondary battery of No. 8 , when a conventional non-aqueous electrolyte in which the non-aqueous solvent does not contain an ether solvent and the supporting salt is LiPF 6 is used, the limit precipitation resistance is It turns out that it is low.
No. No. 4 lithium ion secondary battery and No. 4 Compared with the lithium ion secondary battery of No. 9 , when a non-aqueous electrolyte having a supporting salt of LiPF 6 contains an ether solvent, although the limit precipitation resistance is high, the amount of decomposition of the supporting salt is large. It can be seen that the amount of voltage drop is very large.
No. No. 4 lithium ion secondary battery and No. 4 From comparison with the lithium ion secondary battery of No. 10, it can be seen that when the amount of LiBOB added is too large, Na [B (C 2 O 4 ) 2 ] is precipitated, and as a result, the limit precipitation resistance is lowered.
No. 4-No. No. 7 lithium ion secondary battery and No. 7 From the comparison with the lithium ion secondary battery of No. 11, it can be seen that if the LiFSI concentration is too high, the amount of voltage decrease due to self-discharge increases due to the large amount of decomposition of the supporting salt.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
10 リチウムイオン二次電池
20 電池ケース
21 ケース本体
22 封口板
23 正極端子
24 負極端子
30 安全弁
32 注液口
33 封止材
40 捲回電極体
50 正極シート
51 正極集電箔
52 露出部
53 正極活物質層
60 負極シート
61 負極集電箔
62 露出部
63 負極活物質層
72,74 セパレータ
80 非水電解質
WL 捲回軸
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記非水電解質は、カーボネート系溶媒と、エーテル系溶媒と、支持塩と、リチウムビス(オキサラト)ボレートとを含有し、
前記支持塩が、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドであり、
リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの前記非水電解質中の濃度が、0.8mol/L以上3mol/L以下であり、
リチウムビス(オキサラト)ボレートの前記非水電解質に対する重量割合が、0.2質量%以上0.4質量%以下であり、
リチウムビス(オキサラト)ボレートに対する前記エーテル系溶媒の質量比(エーテル系溶媒/リチウムビス(オキサラト)ボレート)が、25以上である、
非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising an electrode body including a positive electrode and a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte contains a carbonate solvent, an ether solvent, a supporting salt, and lithium bis (oxalato) borate,
The supporting salt is lithium bis (fluorosulfonyl) imide;
The concentration of lithium bis (fluorosulfonyl) imide in the non-aqueous electrolyte is 0.8 mol / L or more and 3 mol / L or less,
The weight ratio of lithium bis (oxalato) borate to the nonaqueous electrolyte is 0.2% by mass or more and 0.4% by mass or less,
The mass ratio of the ether solvent to the lithium bis (oxalato) borate (ether solvent / lithium bis (oxalato) borate) is 25 or more.
Non-aqueous electrolyte secondary battery.
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